采空区塌陷事故树图的研究

采空区塌陷事故树图的研究

中国主要矿山每年都有大量未处理的采空区，数量逐年增加。这些未处理的采空区造成了巨大的破坏和事故。其中，采空区坍塌就是最典型的事故。采空区塌陷,不仅导致人员伤害、设备损失、影响矿山正常生产、造成矿产资源的浪费、地表环境的破坏,而且采空区的塌陷所产生的冲击波会给整个矿山带来灾难性的后果。而当前人们在对采空区伤亡事故的研究处理时,往往只注重某些片面的环节,对事故的分析仅仅是对查清其发生的原因后采取相应的措施,所以这种“头痛医头,脚痛医脚”的“事故后处理”方式并不能很好地控制和预防各种事故的发生。本文所采取的事故树分析方法就是一种以系统、综合的观点,运用系统安全工程的方法对采空区塌陷事故进行系统安全的分析,着眼于事故的整个过程,找出事故的本质原因,并采取相应措施,做到“防患于未然”。1事故树分析的简要介绍和基本程序1.1基本事件重要度的计算所谓事故树,就是从结果到原因描绘事故发生的有向逻辑树。该事故树遵循逻辑分析原则(即从结果分析原因的原则),相关事件(节点)之间用逻辑门连接,利用事故树对事故进行预测的方法称为事故树分析,被用于分析的事故树也叫事故树图。作为被分析对象的特定故障事故叫顶上事件;导致顶上事件发生的最初始的原因事件叫基本事件;处于顶上事件与基本事件中间的事件叫中间事件,它们即是造成顶上事件发生的原因,又是基本事件产生的结果。事故树分析方法是安全系统工程中进行系统安全分析的核心,是安全评价的基础。它应用数理逻辑方法,从一个可能的事故开始,一层一层逐步寻找引起事故发生的触发事件、直接原因和间接原因,并分析各种事故原因之间的相互逻辑关系,是一种演绎分析方法。在一个事故树中,导致顶上事件发生的基本事件很多,在采取防止顶上事件发生的措施时应该分清轻重缓急,优先解决那些比较重要的问题,首先消除或控制那些对顶上事件影响重大的基本事件。在事故树分析中,用基本事件重要度来衡量某一基本事件对顶上事件影响的大小,常用的基本事件重要度有结构重要度、概率重要度和临界重要度。基本事件的结构重要度的计算公式如下:Iϕ(t)=∑xi∈Kj12nj−1,(1)Ιϕ(t)=∑xi∈Κj12nj-1,(1)式中,Iϕ(t)为第i个基本事件的结构重要度;Kj为第j个最小割集;nj为第i个基本事件所在Kj的基本事件总数;xi为第i个基本事件。1.2事故调查程序事故树分析的基本程序包括以下步骤:确定顶上事件、确定边界条件、查找技术资料、事故调查、编造事故树、定性分析、定量分析,其程序流程见图1。2“事故树分析”在采空区坍塌坍塌中的应用2.1采空区关键位破坏机制采空区塌陷,主要是由于在未充填、充填质量差或没有采取任何有效措施的情况下,采空区关键位遭到破坏而导致的采空区整个上覆岩层或部分上覆岩层塌陷。采空区关键位的破坏与采空区顶板、采空区的矿柱、采空区的侧帮三个因素有关,因而可以找出三个使采空区关键位遭破坏并有可能最终使顶上事件发生的直接原因:侧帮破坏、顶板塌陷、矿柱破坏。所以,该事故树以采空区塌陷为顶上事件,首先确定导致采空区塌陷的直接原因,然后对各个原因逐步细分,直到找到基本事件为止。根据这一思路,建立的事故树图如图2~图4所示。2.2事故树的定性分析2.2.1求最孔径集根据布尔代数运算法则可以得到事故树的最小割集为14个。求最小径集时,首先作出事故树的对偶树——成功树图,然后求出成功树的最小割集,它们就是事故树的最小径集,得到事故树的最小径集为4个,见表1。2.2.2基本事件结构重要度排序根据公式(1)求得各个基本事件的结构重要度系数如下。Iϕ(1)=Iϕ(2)=27/8,Iϕ(3)=Iϕ(4)=Iϕ(5)=Iϕ(6)=Iϕ(7)=Iϕ(10)=Iϕ(11)=Iϕ(12)=Iϕ(13)=Iϕ(14)=Iϕ(15)=Iϕ(16)=Iϕ(17)=1/4,Iϕ(17)=Iϕ(8)=1/8.故各个基本事件的结构重要度排序为Iϕ(1)=Iϕ(2)=Iϕ(3)=Iϕ(4)=Iϕ(5)=Iϕ(6)=Iϕ(9)=Iϕ(10)=Iϕ(11)=Iϕ(12)=Iϕ(13)=Iϕ(14)=Iϕ(15)=Iϕ(16)=Iϕ(17)>Iϕ(7)=Iϕ(8).2.3采空区凹陷事故树的最孔径集是现代最配集中唯一的两个基(1)从采空区塌陷事故树图分析可以得出,可能导致顶上事件发生的基本事件共有17个,这些基本事件是安全工作时重点防范的对象。(2)对采空区塌陷事故树进行了定性分析,得到了全部最小割集和最小径集,得到了各基本事件的结构重要度,如果给定各基本事件的发生概率,则可以由定性分析上升到定量分析。(3)最小割集是导致顶上事件不发生的最起码的基本事件的组合。事故树中有几个最小割集,顶上事件发生就有几种可能;最小割集越多,系统就越危险,最小割集反映了系统的危险性。最小割集中基本事件数越多,事故就越难发生;反之,基本事件数越少,事故发生就较容易。所以说,最小割集表示了事故的危险性,求解出最小割集可以掌握事故发生的各种可能,了解该事故发生的危险性的大小,为事故预防和事故调查提供了依据。从以上分析计算中可以看出,该事故树的最小割集有14个,也就是导致事故发生的最小路径有14条,故应对该事故的预防工作应引起足够的重视。(4)最小径集是使顶上事件不发生的所必须的最低限度的基本事件的组合,它是保证顶事件不发生的充分必要条件。最小径集代表了系统的安全性,事故树的最小径集越多,事故就越不会发生,系统越安全。由上可知,采空区塌陷事故树的最小径集有4个,也就是使该事故不发生的最小路径有4条。换言之,只要以上4个中的一个不发生,则顶上事件就不会发生。因此,为了防止采空区塌陷事故的发生可以从事故树的以上4个最小径集入手,采取相应的预防措施。(5)结构重要度分析是在不考虑各基本事件发生概率的情况下,分析各基本事件在事故结构上的重要程度。结构重要度越大,说明其对该事故发生的影响程度越大。所以在对一个可能事故采取预防措施时,首先应根据各个基本事件结构重要度的不同,对各基本事件的处理要区别对待,结构重要度大的基本事件需要优先处理。由以上分析计算可知,空区未充填或充填质量差和未采取其它有效措施2个因子的结构重要度最大,所以说,要避免采空区塌陷事故的发生就必须对采空区进行有效治理。3计算分析结果从上面的分析可以得出以下结论。(1)从最小径集入手是预防事故发生的最基本的有效途径。在建立的采空区塌陷事故树中,其中最简单的一个最小径集(P1)只包含一个因子即未充填或充填质量差,可见充填法是预防采空区塌陷事故发生的一条最简单有效的途径,这为当前中深井矿山充填采矿法提供了理论支持。(2)由以上计算分析知道,在导致采空区塌陷事故的17个基本事件中,有11个是人为破坏事件,6个为自然破坏事件,几乎为2∶1的比例。可见,采空区塌陷事故的发生,人为是主因,自然破坏是次因,只要严格按照正确的采矿设计标准进行开采,并且采取一定的预防措施,该事故的发生是可以控制在很小范围内的。(3)进行事故树分析,能够一目了然地清楚一个系统的安全隐患,可以得到各个安全隐患对顶上事件发生的影响程度。根据影响程度的不同,可以对各个影响因素采取轻重有别的预防措施,从而把事故的安全隐患消灭在萌芽之际,把事故扼杀在摇篮